煤炭科学技术

作者：黄晨烜, 王雷,

关键词：同步定位及建图, 非结构化, 欠约束, 因子图优化, 井工煤矿,

井工煤矿现场条件对绝大多数基于激光惯性紧耦合的同步定位及建图系统(Simultaneous Localization and Mapping, SLAM)欠约束，导致煤矿机器人对环境地图的测绘失败，进而使其难以直接进入作业一线。研究分析退化环境中导致里程计漂移的因素，揭示点云非结构化对里程计进入漂移状态的作用机理，提出非结构化的针对性检测方法和尘雾的滤波−插值两步降噪方法，构建基于非结构化状态描述因子的自适应紧耦合里程计。在由WHU-TLS公开数据集Tunnel场地逆向构建的测试环境中，每百米绝对位置误差的均方根误差(EAP-ERMS)约为0.40 m、平均值(EAP-Mean)为0.37 m，相对位置误差的均方根误差(ERP-ERMS)为0.015 m、平均值(ERP-Mean)为0.011 m，总体指标显著优于其他方法。针对挂载超宽带设备的工程化应用需求，采用非线性优化方法维护里程计全局位姿，基于因子图构建非结构化状态约束松弛的里程计因子、UWB(Ultra Wide Band)因子和回环因子。通过对全部因子进行并行全局优化，实现高精度的全局定位及建图。在具备UWB信号的千米级模拟巷道场地中，连续建图EAP-ERMS为1.48 m、EAP-Mean为1.32 m，ERP-ERMS为0.026 m、ERP-Mean为0.013 m。在国家能源集团寸草塔煤矿某巷2 000 m长无回环的现场测试中，连续建图的EAP-ERMS为15.64 m，EAP-Mean为14.53 m，ERP-ERMS为0.198 m，ERP-Mean为0.037 m，验证了系统的工程应用潜力。利用符合防爆要求的16线激光雷达和6轴IMU构建退化场景下精准建图的SLAM系统，对快速推广煤矿机器人的实际应用具有重要意义。

来源：2025年第12期

《煤炭科学技术》期刊编辑部

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